園林綠化中滴灌水肥一體化技術(shù)應(yīng)用

嚴(yán)英

（華藝生態(tài)園林股份有限公司，安徽 合肥 230088）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的收入水平不斷提高，對居住環(huán)境的要求越來越高。但是，隨著城市園林綠化程度的增加，人們的居住綠化卻由于技術(shù)不足、土層淺薄而沒有充足的水肥，綠植生長緩慢，生態(tài)環(huán)境達(dá)不到人們的心理預(yù)期。相較于西方發(fā)達(dá)國家，我國園林綠化對肥料的利用率要低15%～30%[1]。所以，我國綠植水肥的管理仍舊處于高耗低效狀態(tài)，不符合國家“節(jié)能減排”的要求。滴灌水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用可以有效解決上述問題。因此，從1970 年開始，我國就在試驗(yàn)水肥一體化技術(shù)，到如今，已取得巨大進(jìn)步，但尚未全面應(yīng)用但園林綠化養(yǎng)護(hù)之中。

1 智能水肥一體化灌溉的原理

滴灌水肥一體化技術(shù)是智能化時(shí)代的產(chǎn)品，在園林中安裝物聯(lián)網(wǎng)傳感器，與由水泵裝置、供水管道、滴頭噴頭共同構(gòu)成的系統(tǒng)相連接，將其接入中央智能控制中心，形成滴灌一體的智能化系統(tǒng)[2]。物聯(lián)網(wǎng)傳感器對周邊環(huán)境情況產(chǎn)生全面感知，發(fā)現(xiàn)土壤中的環(huán)境因子低于綠植生長最佳條件時(shí)，信息會(huì)反饋給中央控制系統(tǒng)，系統(tǒng)啟動(dòng)水肥輸送功能，通過滴灌的方式，給綠植提供充足的水肥。滴灌過程中，中央控制系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)接收傳感器提供的信息，進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析，調(diào)整水肥比例，使灌溉達(dá)到最佳狀態(tài)。傳感器測出環(huán)境因子符合綠植生長需要后，控制中心就會(huì)停止輸送水肥，自動(dòng)關(guān)閉閥門和水泵。

2 智能水肥一體化灌溉設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)

2.1 節(jié)約城市用水

近些年，城市綠化成為每個(gè)地方最主要的市政工程之一，園林綠植的養(yǎng)護(hù)需水量呈逐年遞增的趨勢。我國屬于貧水國家，城市用水匱乏仍舊是制約城市發(fā)展的根本因素之一，隨著園林綠植養(yǎng)護(hù)需水量的增加，用水矛盾日益尖銳，節(jié)水灌溉是必然之路。應(yīng)用滴灌水肥一體化技術(shù)，城市園林綠植養(yǎng)護(hù)用水量會(huì)大幅削減，不僅可以節(jié)約用水，還能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。按照園林綠植對水肥的需求，滴灌水肥一體化技術(shù)可以憑借智能化的系統(tǒng)，將水和肥料溶解，形成不同比例的水肥溶液，通過中央控制系統(tǒng)的指令，運(yùn)輸?shù)讲煌G植的根系周邊，滴灌到土壤之中，方便植物吸收的同時(shí)，解決水分蒸發(fā)、工作人員失誤等問題[3]。滴灌技術(shù)可以保證綠植所需水分，其節(jié)水性得到業(yè)界廣泛認(rèn)可。比如說，在長距離運(yùn)水過程中，使用滴灌技術(shù)，可以保證水資源的最低，節(jié)水效果最強(qiáng)。

2.2 水肥同步管理和利用

滴灌水肥一體化技術(shù)應(yīng)用設(shè)備的核心要件包括物聯(lián)網(wǎng)化的傳感器和中央控制系統(tǒng)，滴灌設(shè)備并不需要多少成本。傳感器感應(yīng)到環(huán)境參數(shù)變化，結(jié)合園林綠植的水肥需求，傳輸數(shù)據(jù)給中央控制系統(tǒng)，由系統(tǒng)根據(jù)綠植水肥需求，調(diào)整澆灌參數(shù)，精準(zhǔn)控制水肥比例。相關(guān)研究表明，相較于普通灌溉或大水漫灌等方式，應(yīng)用滴灌水肥一體化技術(shù)，可以節(jié)約30%～40%的水，15%～25%的肥料。在地形崎嶇、氣候干燥、炎熱干旱、水源不足的地區(qū)，滴灌技術(shù)可以節(jié)約50%水資源、25%肥料。

2.3 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息化指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)

滴灌水肥一體化技術(shù)與云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，可以在園林養(yǎng)護(hù)、灌溉、施肥等過程中發(fā)揮巨大作用。物聯(lián)網(wǎng)傳感器實(shí)時(shí)記錄綠植生長情況，將數(shù)據(jù)信息輸送給云計(jì)算系統(tǒng)，進(jìn)行精準(zhǔn)分析，將綠植生長環(huán)境數(shù)據(jù)化，形成水肥一體化策略，策略信息傳送給中央控制系統(tǒng)，系統(tǒng)操控滴灌設(shè)備，圍著綠植根系滴灌水肥。如今，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)都走向成熟，與人工智能技術(shù)相結(jié)合，可以迅速搭建有關(guān)裝置，形成覆蓋范圍廣、可信度高、可控制性強(qiáng)的滴灌系統(tǒng)。

2.4 節(jié)省人工成本、提高效率

城市居民小區(qū)的綠植養(yǎng)護(hù)因人工操作產(chǎn)生多種問題，人們喜歡通過大水漫灌等方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，容易導(dǎo)致某些區(qū)域灌水過多，直接淹沒綠植，有些區(qū)域沒有噴水，導(dǎo)致綠植枯死。水多的區(qū)域變成沼澤地，無水區(qū)域變成沙化地。這些問題影響綠植養(yǎng)護(hù)，增加養(yǎng)護(hù)成本。應(yīng)用滴灌水肥一體化技術(shù)，可以對20000m2的綠地進(jìn)行滴灌，智能滴灌系統(tǒng)的存在，省去了大量人工成本，解決人工澆水的缺陷問題，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉，最大限度節(jié)約水資源。

3 滴灌水肥一體化技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

3.1 A 市自然條件概況

A 市自然條件不算太好，大風(fēng)、風(fēng)沙、干旱是常見現(xiàn)象，年蒸發(fā)量為2000mm 以上，但是年降水量僅有260mm。綜合來看，A 市氣候條件較為惡劣，植被生長緩慢，綠植養(yǎng)護(hù)難度很大。因此，A 市每年投入園林綠植養(yǎng)護(hù)的費(fèi)用很高。綠植需水量大，當(dāng)?shù)厮Y源不豐富，只能投入大量人力、物力、財(cái)力，從他處運(yùn)水，成本太大。應(yīng)用滴灌水肥一體化技術(shù)能有效節(jié)約水資源，降低成本。智能滴灌技術(shù)的全面推廣，有利于建設(shè)節(jié)約型園林，打造節(jié)約型園林城市，改善區(qū)域環(huán)境。此外，隨著智能滴灌技術(shù)的應(yīng)用，綠植養(yǎng)護(hù)成本降低，有利于經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

3.2 A 市園林綠化滴灌水肥一體化技術(shù)具體應(yīng)用

3.2.1 應(yīng)用總體思路

根據(jù)A 市自然環(huán)境發(fā)展情況，結(jié)合滴灌水肥一體化技術(shù)的優(yōu)勢，設(shè)置分區(qū)灌溉系統(tǒng)。具體操作如下：①根據(jù)行政村的實(shí)際，劃分種植結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生灌溉分區(qū)；此外，結(jié)合不同分區(qū)的地形地勢，利用其變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)自壓灌溉。②鋪設(shè)灌溉管網(wǎng)過程中，有意識(shí)地讓管道與田間小路、園林綠植帶等處于平行狀態(tài)，為分區(qū)灌溉提供便利。③合理避開建筑物，確保管線平直，縮短管線路程，避免起伏點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)過多；此外，鋪設(shè)分區(qū)灌溉管道，不得感染油氣管道和軍用光纜路線。④安裝不同裝置和設(shè)備，在成本允許的前提下，盡可能滿足灌溉需求。

3.2.2 應(yīng)用范圍

結(jié)合上文敘述的A 市情況來看，其降水量減少，但蒸發(fā)量較大，基本無法滿足綠植生長的正常需求，而A市的生態(tài)公園的綠植養(yǎng)護(hù)仍舊以傳統(tǒng)灌溉為主，嚴(yán)重浪費(fèi)水資源，綠植養(yǎng)護(hù)效果卻不理想，養(yǎng)護(hù)成本居高不下。因此，結(jié)合A 市綠地建設(shè)實(shí)際，全面建設(shè)滴灌水肥一體化技術(shù)應(yīng)用所需設(shè)施，盡可能節(jié)約灌溉成本，節(jié)約水資源，建設(shè)“海綿城市”。A 使綠地建設(shè)主要綠植為喬木和灌木，應(yīng)用滴灌水肥一體化技術(shù)，符合當(dāng)?shù)毓┧芰Φ膶?shí)際，自動(dòng)控制裝置可操作性強(qiáng)，能夠合理控制灌溉的水量。結(jié)合A 市地形地貌，設(shè)計(jì)滴灌水肥一體化所需工程體系，灌溉系統(tǒng)流程如圖1 所示。

圖1 灌溉系統(tǒng)流程

3.2.3 樞紐工程

建設(shè)滴灌水肥一體化工程過程中，要注意不同設(shè)備的安裝和連接[4]。一般來說，在泵房內(nèi)的設(shè)備包括加壓設(shè)備、過濾設(shè)備、施肥設(shè)備。其他設(shè)備不放在泵房內(nèi)，根據(jù)實(shí)際需要，安裝在不同地方。不同設(shè)備的設(shè)置具體如下所示。

（1）加壓設(shè)備。根據(jù)灌溉工程所在地的地形地貌特征來看，要想應(yīng)用滴灌水肥一體化技術(shù)，就必須根據(jù)A 市水源點(diǎn)的特點(diǎn)和流量，設(shè)置加壓設(shè)備，保證水資源的吸入和排出都能滿足用水需求。設(shè)置加壓設(shè)備，離心泵是不可或缺的組成部分，安裝后，其電動(dòng)機(jī)會(huì)帶動(dòng)葉輪，在高速旋轉(zhuǎn)過程中，水源會(huì)產(chǎn)生離心力，進(jìn)入側(cè)流道，排出泵外。

（2）過濾設(shè)備。綜合來看，園林綠植養(yǎng)護(hù)用水來源較為復(fù)雜，很多水源中的雜質(zhì)太多，必須進(jìn)行過濾處理，才能應(yīng)用滴灌水肥一體化技術(shù)灌溉。建設(shè)灌溉系統(tǒng)時(shí)，會(huì)在泵房安裝過濾設(shè)備，用來處理水中雜質(zhì)，過濾水中的懸浮物、有機(jī)物和各類微生物，產(chǎn)生澄澈的清水，確保滴灌系統(tǒng)運(yùn)行正常。過濾系統(tǒng)可以“捕捉”水中的纖維雜質(zhì)和軟性雜質(zhì)，過濾各種雜質(zhì)，如砂子、沉淀物、漂浮物等，水中的泥沙、有機(jī)質(zhì)、浮游生物也能過濾。對A 市的智能滴灌系統(tǒng)而言，選擇的過濾器會(huì)影響整個(gè)灌溉系統(tǒng)的使用壽命和灌溉效果，結(jié)合A 市灌溉水源的情況，只有在不同位置安裝不同類型的過濾器，才能提高灌溉系統(tǒng)使用壽命。例如，將介質(zhì)過濾器和自動(dòng)反沖式疊片過濾器組合在一起。

（3）施肥設(shè)施。滴灌水肥一體化的前提在于肥料有效溶于水中，所以，選用的肥料應(yīng)當(dāng)是完全可溶且相互影響較小的，避免肥料溶于水時(shí)，影響水的pH。此外，肥料的腐蝕性要保持最低水準(zhǔn)，避免對灌溉系統(tǒng)的管道產(chǎn)生不良行為；使用多種肥料組合的，應(yīng)當(dāng)根據(jù)肥料主要成分，判斷彼此之間的兼容性。

（4）測量設(shè)備。該設(shè)備體系中，要重點(diǎn)關(guān)注水表記錄器，對其進(jìn)行全面密封，避免水霧引起銹蝕；水表安裝要根據(jù)具體位置，進(jìn)行水平安裝或垂直安裝；同時(shí)，為避免外界因素和內(nèi)部因素導(dǎo)致水表銹蝕，可在水表表面涂抹防銹層。同時(shí)，為了保證計(jì)算機(jī)精準(zhǔn)控制滴灌，還要在水表中安裝電子控制裝置。

3.2.4 輸配水工程

輸配工程是在智能滴灌系統(tǒng)的起始位置與田間工程設(shè)置輸配水管道，設(shè)置各種閥門、組件。因此，要根據(jù)不同區(qū)域的地形地貌來布置干管，選擇不同性能的管材（考慮的因素包括管材的使用壽命、工程的造價(jià)成本、供貨的方便性等）。根據(jù)A 市的實(shí)際，最終選擇管徑為De110～250mm 的HDPE 管作為干管管材，其可以承受的壓力達(dá)到1.0MPa，符合要求。

3.2.5 田間工程

田間工程由田間閥門、滴灌管、支管道、配套組件一同構(gòu)成，存儲(chǔ)在輸配管道內(nèi)的水通過田間首部的閥門，進(jìn)入支管道，由中央系統(tǒng)根據(jù)綠植的缺水情況，控制噴水噴頭，將水肥噴灑到綠地上，實(shí)現(xiàn)合理滴灌[5]。①田間閥門由逆止閥、空氣閥門、電磁調(diào)壓自動(dòng)閥構(gòu)成，不同田間閥門可以調(diào)節(jié)不同水壓，滿足灌溉對水量的要求。②支管道指的是田間閥門組與滴灌噴頭之間的連接管道，根據(jù)需要，結(jié)合滴灌的流速要求和噴頭的壓力指數(shù)，布置不同長度的支管道。用Irricad 設(shè)計(jì)軟件來計(jì)算水力，對噴頭的高程變化進(jìn)行分析，了解壓力情況，保證全部噴頭的壓力都在可控范圍內(nèi)。第三滴灌管及相關(guān)組件的設(shè)置；布置滴灌管時(shí)，一定要選擇合適的位置。根據(jù)A 市的地形地貌，綠植的特點(diǎn)，設(shè)置滴灌管線，但要注意A 市水源所在地，盡可能減小管道鋪設(shè)距離，節(jié)約成本。綜合考慮，選擇型號為DRIPNETPC16010的滴灌管線。此外，施工區(qū)域以沙壤土為主，綠植間距為2.0m×1.5m，鋪設(shè)滴灌管需要考慮這個(gè)因素，滴灌管參數(shù)如表1 所示。

表1 綠化滴灌水肥一體化技術(shù)滴灌管參數(shù)參考

噴灌噴頭作為綠植滴灌系統(tǒng)不可或缺的組成部分，主要分為搖臂式、折射式和全射流噴頭，結(jié)合A 市自然氣候條件、環(huán)境情況、園林綠植養(yǎng)護(hù)特性，推薦噴頭參數(shù)如表2 所示。

表2 綠化滴灌水肥一體化技術(shù)噴頭參數(shù)參考

4 結(jié)語

應(yīng)用滴灌水肥一體化技術(shù)，以物聯(lián)網(wǎng)為依托，綜合使用云計(jì)算技術(shù)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)，建設(shè)智能化中央控制系統(tǒng)，通過滴灌的方式，將水肥混合物定量、均勻地噴灑在園林綠植根系周圍，不僅可以給綠植提供充足的水分，還能增強(qiáng)水肥使用效率，節(jié)約水資源和資金成本。隨著科技的發(fā)展，綠植養(yǎng)護(hù)將會(huì)全面實(shí)現(xiàn)信息化和自動(dòng)化，我國環(huán)境質(zhì)量也會(huì)因此大幅提升。但是，滴灌水肥一體化技術(shù)相關(guān)的設(shè)備或多或少都有缺陷，仍舊需要持續(xù)改進(jìn)。在不久的將來，園林綠植養(yǎng)護(hù)信息化設(shè)備和自動(dòng)化設(shè)備將會(huì)更加先進(jìn)，走向可持續(xù)發(fā)展的道路。